CN107401442B - 一种发动机废气发电*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机废气发电***，属于发动机制造技术领域，其设于发动机的排气管处，包括控制器、蒸汽发生器、蒸汽发动机、三相发电机、充电器、电池组及用电器，蒸汽发生器包括水喷射泵、蒸汽压力传感器与蒸汽温度传感器，且蒸汽压力传感器与蒸汽温度传感器均连接控制器，蒸汽发生器与蒸汽发动机之间通过电磁单向阀导通，蒸汽发动机与三相发电机之间又通过电磁离合器接合，三相发电机通过导线连接充电器，充电器通过导线供电给电池组，电池组通过导线供电给用电器。本发明能够充分回收利用发动机废气蕴含的热能，并将其转化为机械能和电能加以利用，有效提高了发动机的效率，同时能够降低发动机输出功率的损耗。

Description

一种发动机废气发电***

技术领域

本发明涉及发动机制造技术领域，尤其涉及一种发动机废气发电***。

背景技术

传统汽油发动机燃料做功部分一般只占燃烧总能量的30%左右，即汽油发动机热效率在30%左右；柴油发动机热效率稍高，在40%左右。另外，35%左右的能量通过发动机冷却***被带走，其余大约35%的能量被发动机废气带走。如果能回收这些能量，就可以提高发动机的效率，降低发动机的油耗并降低温室气体的排放。对发动机冷却***和排气***带走的能量进行回收，已经引起了人们的广泛注意。

在发动机冷却***带走的能量和发动机废气带走的能量中，发动机废气中的能量更可以被充分利用。利用发动机废气中的热能和动能转化为机械能并最终转化为电能，是充分高效利用发动机废气能量的一种重要途径。一般来说，利用发动机废气涡轮回收的能量可以满足汽车电力***所需能量，还可以进一步取消发动机中的发电机及其驱动***，进一步提高发动机效率。现有技术中发动机废气能量回收***要么结构过于复杂，不能真正用于工程应用，要么结构过于简单，仅适用于特定***，没有推广价值，且能量回收效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种发动机废气发电***，其在控制器和压力、温度等传感器的控制下通过高能量的发动机废气带动蒸汽进入蒸汽发动机，从而将高能蒸汽转化为机械能，进而将机械能转化为电能使用，减少了燃料的能量损耗，提高了发动机的输出效率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明公开了一种发动机废气发电***，设于发动机的排气管处，所述发电***包括控制器、蒸汽发生器、蒸汽发动机、三相发电机、充电器、电池组及用电器，所述蒸汽发生器包括由控制器控制的提供水汽的水喷射泵，所述蒸汽发生器还包括蒸汽压力传感器与蒸汽温度传感器，且蒸汽压力传感器与蒸汽温度传感器均连接控制器，所述蒸汽发生器与蒸汽发动机之间通过控制器控制的电磁单向阀导通，所述蒸汽发动机连接有转速传感器，所述转速传感器连接至控制器，所述蒸汽发动机与三相发电机之间通过控制器控制的电磁离合器接合，所述三相发电机通过导线连接充电器，所述充电器通过导线供电给电池组，所述电池组通过导线供电给用电器；所述发电***还包括蒸汽冷凝器以及储水箱，且蒸汽发动机通过蒸汽管道连通蒸汽冷凝器，所述蒸汽冷凝器与储水箱通过电磁吸水泵连通，所述储水箱内还设有连接到控制器的液位传感器，所述储水箱还设有连通蒸汽发生器的回水管道，且回水管道末端设置所述水喷射泵；所述蒸汽发生器包括罩设在发动机排气歧管外的密闭腔室以及所述密闭腔室通过电磁单向阀连通的蒸汽储存罐，且所述水喷射泵的喷射口设于密闭腔室内的排气歧管旁，所述蒸汽储存罐通过电磁单向阀连通蒸汽发动机；所述排气歧管末端还设有热气机，所述热气机通过传动轴连接第三电磁离合器，并通过第三电磁离合器连接和驱动所述三相发电机。

进一步地，所述蒸汽冷凝器还包括一控制器控制的稳压安全电磁阀和一连接到控制器的冷凝器压力传感器。

进一步地，所述发电***中稳压安全电磁阀与外界相通，其余装置均为密闭结构。

作为实现本发明的一种优选方式，所述用电器为车载的用电器。

作为实现本发明的一种优选方式，所述用电器为车辆驱动电机。

本发明的有益效果在于：本发明基于蒸汽发动机驱动大功率发电机的原理，通过高能量的废气将蒸汽代入蒸汽发动机，从而将高能量蒸汽转化为机械能，进而通过三相发电机转化为电能，由于高能量废气蕴含燃料总能量的35%左右的能量，它能使得三相发电机产生足够大的电能，从而可将发动机上的小功率发电机取消，不再消耗发动机的输出功率，因此能够进一步提高发动机的效率；同时由于本发明中三相发电机的功率足够大，因此可将现有技术中发动机上的空调、发动机循环水泵等消耗发动机能量的装置，移换位置安装点，不安装在发动机上，通过热涨离合器或电磁离合器由蒸汽发动机或三相发电机来驱动，不消耗发动机的输出功率，进一步提高发动机的效率。

附图说明

图1为本发明所述的一种发动机废气发电***的结构原理图；

图2为本发明所述的一种发动机废气发电***的工作流程图；

图3为本发明所述的发动机废气发电***中的蒸汽发生器的侧面结构原理图；

图4为图3中蒸汽发生器的密闭腔室正面结构图；

1—蒸汽发生器，2—电磁单向阀，3—蒸汽发动机，4—蒸汽冷凝器，5—电磁吸水泵，6—储水箱，7—水喷射泵，8—电磁离合器，9—三相发电机，10—充电器，11—电池组，12—用电器，13—车辆驱动电机，14—蒸汽温度传感器，15—蒸汽压力传感器，16—转速传感器，17—冷凝器压力传感器，18—液位传感器，19—热涨离合器，20—发动机循环水泵，21—空调，22—控制器，23—稳压安全电磁阀，24-第二电磁离合器，101—密闭腔室，102—排气歧管，103—排气管，104—蒸汽储存罐，105—热气机，106—传动轴，107—第三电磁离合器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图4所示的一种发动机废气发电***，其设于发动机的排气管103处，所述发电***包括控制器22、蒸汽发生器1、蒸汽发动机3、三相发电机9、充电器10、电池组11及用电器12，所述蒸汽发生器1包括由控制器22控制的提供水汽的水喷射泵7，所述蒸汽发生器1还包括蒸汽压力传感器15与蒸汽温度传感器14，且蒸汽压力传感器15与蒸汽温度传感器14均连接控制器22，所述蒸汽发生器1与蒸汽发动机3之间通过控制器22控制的电磁单向阀2导通，所述蒸汽发动机3连接有转速传感器16，所述转速传感器16连接至控制器22，所述蒸汽发动机3与三相发电机9之间通过控制器22控制的电磁离合器8接合，所述三相发电机9通过导线连接充电器10，所述充电器10通过导线供电给电池组11，所述电池组11通过导线供电给用电器。

本实例中，所述发电***还包括蒸汽冷凝器4以及储水箱6，且蒸汽发动机3通过蒸汽管道连通蒸汽冷凝器4，所述蒸汽冷凝器4与储水箱6通过电磁吸水泵5连通，所述储水箱6内还设有连接到控制器22的液位传感器18，所述储水箱6还设有连通蒸汽发生器1的回水管道，且回水管道末端设置所述水喷射泵7。

本实例中，所述蒸汽冷凝器4还包括一控制器22控制的稳压安全电磁阀23和一连接到控制器22的冷凝器压力传感器17。

本实例中，所述发电***中稳压安全电磁阀23与外界相通，其余装置均为密闭结构。

本实例中，所述蒸汽发生器1包括罩设在发动机排气歧管102外的密闭腔室101以及所述密闭腔室101通过电磁单向阀2连通的蒸汽储存罐104，且所述水喷射泵7的喷射口设于密闭腔室101内的排气歧管102旁，所述蒸汽储存罐104通过电磁单向阀2连通蒸汽发动机3。

本实例中，所述排气歧管102末端还设有热气机105，所述热气机105通过传动轴106连接第三电磁离合器107，并通过第三电磁离合器107连接和驱动所述三相发电机9。

本实例中，所述用电器包括车载的用电器12和车辆驱动电机13。

在本实例中，原发动机上的空调21和发动机循环水泵20不再安装发动机上，发动机循环水泵20通过热涨离合器19安装于蒸汽发动机3上，空调21通过第二电磁离合器24安装于蒸汽发动机3上。

本实例中的该种发动机废气发电***在各种状态下的工作原理和过程如下：

状态1：

在发动机排气管103处，安装图3及图4所示的高压蒸汽发生器1，利用发动机排出的高温废气生产高压蒸汽；当蒸汽温度传感器14、蒸汽压力传感器15产生信号发送给控制器22后，控制器22发送指令，电磁单向阀2导通，高压蒸汽通过连接管道输送到蒸汽发动机3，蒸汽发动机3开始运转、输出动力，当转速传感器16产生信号传输给控制器22后，控制器22发送指令使蒸汽发动机3与三相发电机9之间的电磁离合器8接合，将动力输送给三相发电机9，三相发电机9将产生的电力，通过导线传输给充电器10，由充电器10给电池组11充电，电池组11将电力一路输送给车载的用电器12，另一路输送到车辆驱动电机13，通过切换工作模式，车辆能够开始电动或混动行驶；

状态2：

高压蒸汽驱动蒸汽发动机3运转后，排出的蒸汽通过管道输送到蒸汽冷凝器4，蒸汽转换成液态的水，当液位传感器18产生信号传输给控制器22后，控制器22发送指令使电磁吸水泵5工作，将水输送到储水箱6，实现循环利用，减少补水周期；储水箱6通过回水管道连通蒸汽发生器1，同时控制器22依据蒸汽温度传感器14，蒸汽压力传感器15产生的信号，随时发送指令，由水喷射泵7定时、定量的将储水箱6内的水喷入蒸汽发生器1内，生成高压蒸汽，使发电***持续循环运转；

状态3：

发动机排出的高温废气经过所述高压蒸汽发生器1后，还有温度相当高的高温废气存在，因此，根据车辆的空间限制，在排气歧管102末端安装一合适的热气机105，通过传动轴106连接第三电磁离合器107，并通过第三电磁离合器107连接，与蒸汽发动机3一同驱动三相发电机9运转，给后续的用电设备或者电池组补充电能，这样能够更充分的利用发动机废气的热能。

状态4：

当蒸汽冷凝器4内的压力值高于设定值后，控制器22依据冷凝器压力传感器17产生的压力信号，发送指令，蒸汽冷凝器的稳压安全电磁阀23启动，控制蒸汽冷凝器4的工作压力保持在正常范围内；

状态5：

整个蒸汽***除稳压安全电磁阀23与外界相通外，其它装置全部密闭，用来减少蒸汽压力和水的损耗；

状态6：

本实例中将储水箱6液位传感器18产生的电信号，连通驾驶室内的声、光或语音提示器，能够随时提醒驾驶人员注意提示信息，及时给储水箱6进行补充足量的水源。

基于上述的发动机废气发电***，可将发动机上的发电机取消，由蒸汽发动机3驱动三相发电机9能够产生足够的电量，并且不消耗发动机的输出功率；可将原先发动机上的空调21、发动机循环水泵20等消耗发动机能量的装置，移换位置安装点，不安装在发动机上，通过热涨离合器19或第二电磁离合器24由蒸汽发动机3或电来驱动，不消耗发动机的输出功率。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种发动机废气发电***，设于发动机的排气管处，其特征在于，所述发电***包括控制器、蒸汽发生器、蒸汽发动机、三相发电机、充电器、电池组及用电器，所述蒸汽发生器包括由控制器控制的提供水汽的水喷射泵，所述蒸汽发生器还包括蒸汽压力传感器与蒸汽温度传感器，且蒸汽压力传感器与蒸汽温度传感器均连接控制器，所述蒸汽发生器与蒸汽发动机之间通过控制器控制的电磁单向阀导通，所述蒸汽发动机连接有转速传感器，所述转速传感器连接至控制器，所述蒸汽发动机与三相发电机之间通过控制器控制的电磁离合器接合，所述三相发电机通过导线连接充电器，所述充电器通过导线供电给电池组，所述电池组通过导线供电给用电器；

所述发电***还包括蒸汽冷凝器以及储水箱，且蒸汽发动机通过蒸汽管道连通蒸汽冷凝器，所述蒸汽冷凝器与储水箱通过电磁吸水泵连通，所述储水箱内还设有连接到控制器的液位传感器，所述储水箱还设有连通蒸汽发生器的回水管道，且回水管道末端设置所述水喷射泵；所述蒸汽发生器包括罩设在发动机排气歧管外的密闭腔室以及所述密闭腔室通过电磁单向阀连通的蒸汽储存罐，且所述水喷射泵的喷射口设于密闭腔室内的排气歧管旁，所述蒸汽储存罐通过电磁单向阀连通蒸汽发动机；所述排气歧管末端还设有热气机，所述热气机通过传动轴连接电磁离合器，并通过电磁离合器连接和驱动所述三相发电机。

2.根据权利要求1所述的一种发动机废气发电***，其特征在于，所述蒸汽冷凝器还包括一控制器控制的稳压安全电磁阀和一连接到控制器的冷凝器压力传感器。

3.根据权利要求2所述的一种发动机废气发电***，其特征在于，所述发电***中稳压安全电磁阀与外界相通。

4.根据权利要求1所述的一种发动机废气发电***，其特征在于，所述用电器为车载的用电器。

5.根据权利要求1所述的一种发动机废气发电***，其特征在于，所述用电器为车辆驱动电机。